【手続補正書】
【提出日】平成17年11月21日(2005.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システム
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に接続され前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置されており、行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の制御配線と、列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の信号配線と、複数の前記制御配線に駆動信号を与えるために複数の前記制御配線に接続された駆動用回路部と、複数の前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出すために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置であって、
前記読み出し用回路部は、行毎の複数の前記変換素子をリフレッシュするために複数の前記信号配線に第１のバイアスを印加するリフレッシュ部と、前記信号配線をリセットするために前記信号配線に第２のバイアスを印加するリセット部とを含むことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】  前記読み出し用回路部は、前記信号配線に読み出された電気信号を増幅する増幅部と、増幅された電気信号を一時的に蓄積する蓄積部と、蓄積された電気信号をシリアル変換するシリアル変換部とを更に含むことを特徴する請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】  前記読み出し用回路部は、前記読み出しを行った後、前記スイッチ素子を導通させ、かつリセットスイッチを前記第１のバイアス側に切り替えることにより、前記リフレッシュ部を駆動させて前記変換素子に対して行毎にリフレッシュを行い、その後、前記リセットスイッチを前記第２のバイアス側に切り替えることにより、前記リセット部を駆動させて前記信号配線に対してリセットを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】  前記変換素子及び前記スイッチ素子がアモルファスシリコンを含み形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】  前記変換素子と前記スイッチ素子とが、同一基板上に同一工程によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】  前記変換素子は、基板上に下部電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる絶縁層と、当該絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる光電変換層と、当該光電変換層上に形成され、正孔の注入を阻止するＮ型の注入阻止層と、当該注入阻止層上に上部電極として形成された透明導電層または当該注入阻止層上の一部に形成された第２の金属薄膜層とを有して構成され、
前記スイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】  前記放射線の波長変換を行う波長変換体を更に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】  前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】  前記変換素子にバイアスを印加するバイアス配線を更に有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】  前記変換素子は少なくとも２つの電極を有し、第１の電極に前記スイッチ素子が接続され、第２の電極に前記バイアス配線が接続されており、
動画モードでは、前記読み出し用回路部でリセットスイッチを前記第１のバイアスに切り替え、かつ前記スイッチ素子を導通させることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続された第２のスイッチ素子によりバイアスを切り替えることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】  入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に接続され前記電気信号を転送する第１のスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置されており、行方向に配置された複数の前記第１のスイッチ素子に接続された複数の制御配線と、列方向に配置された複数の前記第１のスイッチ素子に接続された複数の信号配線と、複数の前記制御配線に駆動信号を与えるために複数の前記制御配線に接続された駆動用回路部と、複数の前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出すために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置であって、
前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、
前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記第１のスイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子をリセットするための第２のスイッチ素子とを備え、
一方、前記オペアンプの非反転端子には、第１のバイアスと第２のバイアスの少なくとも２つのバイアスを選択的に供給するバイアス供給部と、前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子を用いて読み出しを行った前記変換素子をリフレッシュするために複数の前記信号配線に前記第１のバイアスを印加するリフレッシュ部と、前記容量素子をリセットするために前記第２のスイッチ素子を用いて前記容量素子に前記第２のバイアスを印加するリセット部とを含むことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１２】  前記読み出し用回路部は、前記電流積分型オペアンプにより前記変換素子から読み出した前記電気信号を一時的に蓄積する蓄積部と、蓄積された電気信号をシリアル変換するシリアル変換部とを更に含むことを特徴する請求項１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】  前記読み出し用回路部は、前記読み出しを行った後、前記第１のスイッチ素子を導通させるとともに前記第２のスイッチ素子を導通させ、かつ前記バイアス供給部を駆動させて前記オペアンプの非反転端子に前記第１のバイアスを供給することにより前記変換素子に対して行毎にリフレッシュを行い、その後、前記第２のスイッチ素子を導通させた状態で、かつ前記バイアス供給部を駆動させて前記非反転端子に前記第２のバイアスを供給することにより前記容量素子に対してリセットを行うことを特徴とする請求項１１または１２に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】  前記変換素子及び前記第１のスイッチ素子がアモルファスシリコンを含み形成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】  前記変換素子と前記第１のスイッチ素子とが、同一基板上に同一工程によって形成されていることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１６】  前記変換素子は、基板上に下部電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる絶縁層と、当該絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる光電変換層と、当該光電変換層上に形成され、正孔の注入を阻止するＮ型の注入阻止層と、当該注入阻止層上に上部電極として形成された透明導電層または当該注入阻止層上の一部に形成された第２の金属薄膜層とを有して構成され、
前記第１のスイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１７】  前記放射線の波長変換を行う波長変換体を更に有することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１８】  前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮像装置。
【請求項１９】  前記変換素子にバイアスを印加するバイアス配線を更に有することを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項２０】  前記変換素子は少なくとも２つの電極を有し、第１の電極に前記第１のスイッチ素子が接続され、第２の電極に前記バイアス配線が接続されており、
動画モードでは、前記第１のスイッチ素子を導通させることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続されたバイアスを切り替えることによって、前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする請求項１９に記載の放射線撮像装置。
【請求項２１】  被験者または被験物に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線を検出する請求項１〜２０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項２２】  入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に接続され前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置されており、行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の制御配線と、列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の信号配線と、複数の前記制御配線に駆動信号を与えるために複数の前記制御配線に接続された駆動用回路部と、複数の前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出すために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置における駆動方法であって、
複数の前記信号配線に第１のバイアスを印加して、行毎の複数の前記変換素子をリフレッシュするリフレッシュ処理と、
前記信号配線に第２のバイアスを印加して、前記信号配線をリセットするリセット処理とを含むことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムに関する。なお、本明細書では、Ｘ線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本発明は前述の問題点にかんがみてなされたもので、ＧＮＤや電源ラインの電圧変動を抑え、かつフレーム毎の待機期間を無くして、安定かつ高速な動画撮影を行うことができる放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムを提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に接続され前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置されており、行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の制御配線と、列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の信号配線と、複数の前記制御配線に駆動信号を与えるために複数の前記制御配線に接続された駆動用回路部と、複数の前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出すために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置であって、前記読み出し用回路部は、行毎の複数の前記変換素子をリフレッシュするために複数の前記信号配線に第１のバイアスを印加するリフレッシュ部と、前記信号配線をリセットするために前記信号配線に第２のバイアスを印加するリセット部とを含むことを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像システムは、被験者または被験物に放射線を照射する放射線源と、前記放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像装置の駆動方法は、入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に接続され前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置されており、行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の制御配線と、列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された複数の信号配線と、複数の前記制御配線に駆動信号を与えるために複数の前記制御配線に接続された駆動用回路部と、複数の前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出すために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置における駆動方法であって、複数の前記信号配線に第１のバイアスを印加して、行毎の複数の前記変換素子をリフレッシュするリフレッシュ処理と、前記信号配線に第２のバイアスを印加して、前記信号配線をリセットするリセット処理とを含むことを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、放射線撮像装置として従来例と同様のＭＩＳ型光電変換素子とスイッチ素子の半導体材料にアモルファスシリコン半導体薄膜を用いた光電変換素子アレイが形成された基板を有する装置を例に挙げて説明する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、変換素子を行毎に順次リフレッシュを行うことにより、動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくすることができるため、動画撮影の高速化を図ることができる。また、全変換素子を一括してリフレッシュを行う場合と比較してリフレッシュ時の暗電流（過渡電流）を小さくすることができ、ＧＮＤや電源ラインの電圧変動を抑えることができるとともに、その電圧変動を緩和させるための待ち時間を設けないで済むようにすることができる。